DE4020993A1

DE4020993A1 - DC GENERATOR

Info

Publication number: DE4020993A1
Application number: DE4020993A
Authority: DE
Inventors: Toshio Tomite
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1989-07-01
Filing date: 1990-07-02
Publication date: 1991-01-10
Anticipated expiration: 2010-07-03
Also published as: DE4020993C2; GB2233834A; GB2240667A; GB9104793D0; US5091667A; GB9014393D0; KR910007207A; KR940001181B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrommaschine mit einer Vielzahl von Hauptpolen, die jeweils einen Permanentmagne ten und einen Wendepol umfassen, der an den Permanentma gneten angrenzt und aus einem Magnetwerkstoff besteht, das eine höhere reversible Permeabilität als der Permanentma gnet hat.The invention relates to a DC machine with a Variety of main poles, each a permanent magnet ten and include a reversing pole connected to the permanent magnet gneten adjacent and consists of a magnetic material that a higher reversible permeability than the permanentma gnet has.

Gleichstrommotoren mit Hauptpolen aus Permanentmagneten und Wendepolen sind aus der JP-OS 57-1 53 558/1982 bekannt. Der dort gezeigte Gleichstrommotor hat eine Vielzahl Hauptpole, die jeweils aus einem Permanentmagneten und einem Wendepol bestehen, die am Innenumfang eines Jochs in Umfangsrichtung aneinandergrenzen. Der Wendepol besteht aus einem Magnet werkstoff, dessen reversible Permeabilität höher als die des Permanentmagneten ist, und ist an der Seite des Perma nentmagneten angeordnet, in der der Magnetfluß durch die Ankerrückwirkung erhöht wird. DC motors with main poles made of permanent magnets and Reversing poles are known from JP-OS 57-1 53 558/1982. The DC motor shown there has a large number of main poles, each consisting of a permanent magnet and a reversing pole exist on the inner circumference of a yoke in the circumferential direction adjoin. The reversing pole consists of a magnet material whose reversible permeability is higher than that of the permanent magnet, and is on the side of the perma nentmagneten arranged in which the magnetic flux through the Anchor reaction is increased.

Die mit diesen Wendepolen versehene Gleichstrommaschine bietet den Vorteil, daß dadurch, daß jeder Wendepol an der Seite des Magneten angeordnet ist, in der der Magnetfluß durch die Ankerrückwirkung erhöht wird, das Ankereisen effektiv von einem erhöhten Magnetfluß durchflossen ist, wodurch das Drehmoment erhöht wird.The DC machine provided with these reversing poles offers the advantage that each reversing pole on the Side of the magnet is arranged in which the magnetic flux is increased by the anchor reaction, the anchor iron is effectively traversed by an increased magnetic flux, which increases the torque.

Es wurden bereits verschiedene Techniken zur weiteren Stei gerung des Betriebsverhaltens von Gleichstrommaschinen vor geschlagen, etwa durch Verbesserungen der dimensionsmäßigen Beziehung zwischen dem Permanentmagneten, dem Wendepol sowie Zähnen und Nuten eines Ankers. Beispiele solcher Techniken sind folgende:
Eine Gleichstrommaschine gemäß dem offengelegten JP-GM 58-1 53 573 (1983) weist Permanentmagnete und Wendepole auf, wobei die Breite jedes Permanentmagneten doppelt so groß ist wie die eines Wendepols, wodurch das Betriebsverhalten der Gleichstrommaschine verbessert wird.Various techniques for further increasing the performance of DC machines have already been proposed, for example by improving the dimensional relationship between the permanent magnet, the reversing pole and the teeth and grooves of an armature. Examples of such techniques are the following:
A direct current machine according to JP-GM 58-1 53 573 (1983) has permanent magnets and reversing poles, the width of each permanent magnet being twice as large as that of a reversing pole, which improves the performance of the direct current machine.

Das offengelegte JP-GM 59-34 485 (1984) zeigt eine Gleich strommaschine, bei der die Länge eines zwischen einem Per manentmagneten und einem Wendepol definierten Luftspalts kürzer als die Breite einer Nutenöffnung gemacht ist.The published JP-GM 59-34 485 (1984) shows an equal electricity machine in which the length of a person magnet and a reversing pole defined air gap is made shorter than the width of a groove opening.

Ferner ist noch die JP-OS 61-73 563 zu nennen, die eine Befestigungskonstruktion in einem Gleichstrommotor be trifft, wobei ein Permanentmagnet und ein Wendepol an einem Joch mittels einer Buchse mit konkaven und konvexen Ab schnitten befestigt sind. Diese JP-OS beschreibt zwar nicht die dimensionsmäßige Beziehung zwischen der Zahnbreite oder der Zahnteilung eines Ankers und der Breite des Permanent magneten oder des Wendepols, eine Illustration der Befe stigungskonstruktion des Permanentmagneten und des Wende pols am Joch deutet jedoch darauf hin, daß die dimensions mäßige Beziehung zwischen dem Permanentmagneten, dem Wende pol und der Zahnteilung bzw. der Zahnbreite berücksichtigt ist.Furthermore, JP-OS 61-73 563 should be mentioned, the one Mounting structure in a DC motor be hits, with a permanent magnet and a reversing pole on one Yoke by means of a socket with concave and convex ab cuts are attached. This JP-OS does not describe the dimensional relationship between the tooth width or the tooth pitch of an anchor and the width of the permanent magnets or the turning pole, an illustration of the befe Construction of the permanent magnet and the turn However, pols on the yoke indicates that the dimensions moderate relationship between the permanent magnet, the turn pole and the tooth pitch or tooth width are taken into account is.

Bei einer Gleichstrommaschine zum Leiten eines hohen Stroms und zum Erreichen eines hohen Drehmoments, z. B. bei einem Anlassermotor für Kraftfahrzeuge, muß eine große Zahl von dicken Spulen auf einen Anker gewickelt werden, wodurch die Zahl der Nuten selbstverständlich größer wird. Z. B. be trägt die Anzahl Spulen pro Nut 2-6 oder dergleichen, und die Anzahl Nuten pro Pol liegt wenigstens bei vier (allge mein bei 5-9). Daher wird das Drehmoment durch die Erhöhung der Gesamtzahl Spulen und die resultierende Steigerung der Beträge der Magnetflüsse erhöht.In a DC machine for conducting a high current and to achieve a high torque, e.g. B. at one Starter motor for motor vehicles, must be a large number of thick coils are wound on an anchor, causing the The number of grooves naturally increases. E.g. be carries the number of coils per slot 2-6 or the like, and the number of slots per pole is at least four (general mine at 5-9). Therefore, the torque increases the total number of coils and the resulting increase in Magnetic flux amounts increased.

Wie oben erwähnt, gibt es verschiedene Techniken zur Er zielung eines sehr guten Betriebsverhaltens von Gleich strommaschinen. Es ist aber notwendig, ein immer noch bes seres Betriebsverhalten der Gleichstrommaschinen ohne eine Vergrößerung der Maschine zu erreichen.As mentioned above, there are different techniques for Er aiming for a very good operating behavior of equal electricity machines. But it is necessary to still have one this operating behavior of the DC machines without one To achieve enlargement of the machine.

Wie vorstehend ausgeführt, wird das Betriebsverhalten von Gleichstrommaschinen bisher durch Verbesserungen der Be ziehungen der Wendepole zu den Permanentmagneten oder durch die Erhöhung der Anzahl Nuten und Spulen verbessert. Aber trotz dieser Verbesserungen wird die Beziehung der Innen umfangsbreite der Wendepole zu der Nutenteilung des Anker eisens, der distalen Endbreite der Nut und der distalen Endbreite jedes Zahns usw. nicht ausreichend berücksich tigt, und die nachstehend aufgeführten Aspekte sind immer noch verbesserungsbedürftig.As stated above, the performance of DC machines so far through improvements to the Be drawings of the reversing poles to the permanent magnets or through the increase in the number of slots and coils improved. But despite these improvements, the relationship becomes internal circumferential width of the turning poles to the groove division of the anchor iron, the distal end width of the groove and the distal End width of each tooth etc. is not sufficiently taken into account and the aspects listed below are always still in need of improvement.

Wenn beispielsweise die distale Endbreite jedes Zahns des Ankers relativ zur Innenumfangsbreite des Wendepols zu breit ist, wird die Magnetflußdichte der Zähne gering, und die Zähne können nicht effektiv genützt werden, so daß sich das Betriebsverhalten verschlechtert. Wenn andererseits die Innenumfangsbreite des Wendepols im Vergleich zu der dista len Endbreite jedes Zahns zu breit ist, erhöht sich die Magnetflußdichte der Zahnseite relativ zu derjenigen des Wendepols, und der Streufluß zum benachbarten Zahn wird höher. Wenn der angrenzende Zahn nahe einem magnetisch neu tralen Punkt liegt, führt der Streufluß zu magnetischer Induktion in einer am magnetisch neutralen Punkt angeord neten Bürste und zieht einen Funken über die Bürste und einen Stromwender, was zu verschlechterter Stromwendung und verschlechtertem Betriebsverhalten führt.For example, if the distal end width of each tooth of the Anchor relative to the inner circumferential width of the turning pole is wide, the magnetic flux density of the teeth becomes low, and the teeth cannot be used effectively, so that the operating behavior deteriorates. If, on the other hand, the Inner circumferential width of the turning pole compared to the dista len width of each tooth is too wide, the increases Magnetic flux density of the tooth side relative to that of the Wendepols, and the leakage flux to the neighboring tooth higher. If the adjacent tooth is near a magnetically new one central point, the leakage flux leads to magnetic Induction in one arranged at the magnetically neutral point neten brush and draws a spark over the brush and a commutator, resulting in deteriorated commutation and deteriorated operating behavior.

Die Erfindung berücksichtigt die oben aufgeführten Aspekte.The invention takes into account the aspects listed above.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Gleich strommaschine des Typs mit Permanentmagneten und Wendepo len, wobei das Betriebsverhalten der Maschine ohne Vergrö ßerung verbessert wird. Dabei soll ferner die Beziehung der Teilung der Nuten, der distalen Endbreite jeder Nut, der distalen Endbreite jedes Zahns usw. auf der Ankerseite jedes Wendepols verbessert werden, wodurch das Betriebsver halten der Maschine ohne bauliche Vergrößerung verbessert wird.The object of the invention is to provide an equal Current machine of the type with permanent magnets and reversible po len, the operating behavior of the machine without magnification Improvement is improved. The relationship of Division of the grooves, the distal end width of each groove, the distal end width of each tooth, etc. on the anchor side each turning pole can be improved, whereby the Betriebsver keep the machine improved without building expansion becomes.

Die Gleichstrommaschine nach der Erfindung umfaßt ein zy lindrisches Joch, eine Vielzahl von Hauptpolen, die jeweils an einer Jochinnenseite befestigt sind und einen Permanent magneten und einen Wendepol angrenzend an eine Innenfläche des Jochs in Umfangsrichtung aufweisen, wobei der Wendepol an einer Seite des Permanentmagneten positioniert ist, in der der Magnetfluß durch die Ankerrückwirkung erhöht wird, und einen Anker mit einem Ankereisen, das im Joch so ange ordnet ist, daß es an seiner Außenumfangsfläche den Innen umfangsflächen der Permanentmagnete und der Wendepole mit einem vorbestimmten Zwischenraum gegenübersteht; die Gleichstrommaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hauptpol und der Anker so gebaut sind, daß sie der Bedin gung genügen, daß eine Innenumfangsbreite Wa jedes Wende pols gleich oder größer als eine distale Endbreite Wt jedes Zahns und gleich oder kleiner als die doppelte distale End breite Ws jeder Nut plus die distale Endbreite jedes Zahns ist (Wt Wa 2Ws + Wt).The DC machine according to the invention comprises a zy Lindrian yoke, a variety of main poles, each are attached to a yoke inside and a permanent magnets and a reversing pole adjacent to an inner surface of the yoke in the circumferential direction, the turning pole is positioned on one side of the permanent magnet, in the magnetic flux is increased by the armature reaction, and an anchor with an anchor iron that is so attached to the yoke is that it is on its outer peripheral surface the inside circumferential surfaces of the permanent magnets and the reversing poles faces a predetermined gap; the DC machine is characterized in that everyone The main pole and the anchor are built so that they are the bedin suffice that an inner circumferential width Wa each turn pols equal to or greater than a distal end width Wt each Tooth and equal to or less than double the distal end wide teeth of each groove plus the distal end width of each tooth is (Wt Wa 2Ws + Wt).

Wenn zwischen jedem Permanentmagneten und jedem Wendepol ein Umfangsspalt Gp definiert ist, besteht die Bedingung darin, daß die Innenumfangsbreite Wa jedes Wendepols plus der Umfangsspalt Gp gleich oder größer als die distale End breite Wt jedes Zahns und gleich oder kleiner als die dop pelte distale Endbreite Ws jeder Nut plus die distale End breite Wt jedes Zahns ist (Wt Wa + Gp 2Ws + Wt) und daß der Umfangsspalt Gp gleich oder kleiner als die doppelte distale Endbreite Ws jeder Nut ist (Gp 2Ws).If between each permanent magnet and each reversing pole a circumferential gap Gp is defined, the condition exists in that the inner circumferential width Wa of each turning pole plus the circumferential gap Gp is equal to or larger than the distal end width of each tooth and equal to or less than the dop pelt distal end width Ws of each groove plus the distal end wide Wt of each tooth is (Wt Wa + Gp 2Ws + Wt) and that the circumferential gap Gp is equal to or less than twice distal end width Ws of each groove is (Gp 2Ws).

Was die dimensionsmäßige Beziehung der Innenumfangsbreite Wa des Wendepols zu der distalen Endbreite Wt und der Brei te Ws jeder Nut im Anker betrifft (Wt Wa 2Ws + Wt), so soll zuerst die Beziehung der distalen Endbreite Wt des Zahns und der Betrag eines effektiven Magnetflusses zu der Innenumfangsbreite Wa des Wendepols erläutert werden.As for the dimensional relationship of the inner circumferential width Wa of the turning pole to the distal end width Wt and the pulp te Ws affects every groove in the anchor (Wt Wa 2Ws + Wt), see above the relationship of the distal end width Wt of the Tooth and the amount of an effective magnetic flux to the Inner circumferential width Wa of the turning pole are explained.

Wenn der Magnetfluß des Wendepols durch den gegenüberlie genden Zahn fließt, ist der Betrag des Magnetflusses vom Wendepol am größten bei Wa/Wt = 1 und wird auch durch eine weitere Vergrößerung von Wt nicht größer, wenn sich nicht der Magnetfluß vom Wendepol ändert. Da die Breite des Zahns relativ zu der des Wendepols unter der Bedingung Wt < Wa groß ist, nimmt stattdessen die Magnetflußdichte des Zahns sehr stark ab, und der Zahn kann nicht effektiv genützt werden.If the magnetic flux of the reversing pole through the opposite tooth flowing, is the amount of magnetic flux from Wendepol largest at Wa / Wt = 1 and is also by a further enlargement of Wt not bigger if not the magnetic flux from the turning pole changes. Because the width of the tooth relative to that of the turning pole under the condition Wt <Wa is large, the magnetic flux density of the tooth increases instead very strongly, and the tooth cannot be used effectively will.

Da der Zahn außerdem tatsächlich ein umlaufendes Element ist, ist es für die Steigerung des Betriebsverhaltens wirk samer als die Einstellung von Wa/Wt = 1, daß der Zustand, in dem der Betrag des durch den dem Wendepol entgegenge setzten Zahn fließenden Magnetflusses 100% des Betrags ist, der durch den Zahn selbst gehen kann, für eine be stimmte Zeitdauer unterhalten wird. Es ist daher mehr be vorzugt, Wt Wa vorzugeben. Die Beziehung Wt Wa unterliegt jedoch einer anderen Einschränkung. Wie bereits gesagt, wird dann, wenn die Innenumfangsbreite Wa des Wendepols mehr als erforderlich größer als die distale Endbreite Wt des Zahns gemacht wird, die Magnetflußdichte der entgegen gesetzten Zahnseite relativ zu derjenigen des Wendepols größer, so daß das Ausmaß, mit dem ein Teil des Magnetflus ses der Wendepolseite (der erhöhten Feldseite) zum angren zenden Zahn (dem Zahn, der einem magnetischen Neutralpunkt zunächstliegt) streut, größer wird, und der Streufluß von der erhöhten Feldseite ist ein Grund für eine verschlech terte Stromwendung. Insbesondere besteht die Gefahr des Auftretens einer solchen verschlechterten Stromwendung, wenn etwa in einem Hochstrombereich die Ankerrückwirkung so stark ist, daß sie zu einer magnetischen Unsymmetrie führt, wobei der Betrag des Magnetflusses der Wendepolseite (der vergrößerten Feldseite) im Vergleich zu demjenigen der Per manentmagnetseite übermäßig groß wird. Ausgedrückt als Be ziehung zwischen der Innenumfangsbreite Wa des Wendepols, der Breite Wt des Zahns und der Breite Ws der Nut kann das Kriterium der Einschränkung als Wt Wa 2Ws + Wt geschrie ben werden. Wenn also dieser Bedingung genügt ist, wird die Innenumfangsbreite Wa des Wendepols relativ zur Zahnbreite nicht sehr groß, und der Magnetfluß vom Wendepol kann durch den diesem Pol gegenüberstehenden Zahn geleitet werden, indem die distale Endbreite des Zahns effektiv maximal ge nützt wird.Because the tooth is actually a rotating element it is effective for increasing the operating behavior samer than the setting of Wa / Wt = 1 that the state in which the amount of the opposite to that of the turning pole put tooth flowing magnetic flux 100% of the amount that can go through the tooth itself, for a be certain duration is maintained. It is therefore more be prefers to specify Wt Wa. The relationship Wt Wa is subject to but another limitation. As already said, becomes when the inner circumferential width Wa of the turning pole more than required greater than the distal end width Wt of the tooth is made, the magnetic flux density of the opposite set tooth side relative to that of the turning pole larger, so the extent to which part of the magnetic flux ses the turning pole side (the higher field side) to the adjacent zenden tooth (the tooth that has a magnetic neutral point initially lies) scatters, becomes larger, and the scattered flux of The raised field side is a reason for a deterioration tter turn. In particular, there is a risk of Occurrence of such a deteriorated turn of electricity, if the armature reaction is so in a high current range is strong that it leads to magnetic asymmetry, where the amount of magnetic flux on the reversing pole side (the enlarged field side) compared to that of the Per manentmagnet side becomes excessively large. Expressed as Be drawing between the inner circumferential width Wa of the turning pole, the width Wt of the tooth and the width Ws of the groove can do this Criterion of restriction as Wt Wa 2Ws + Wt shouted be. So if this condition is met, the Inner circumferential width Wa of the turning pole relative to the tooth width not very large, and the magnetic flux from the reversing pole can pass through the tooth facing this pole is guided, by effectively maximizing the distal end width of the tooth is used.

Ferner wird der Streufluß zum angrenzenden Zahn möglichst stark verringert, und eine Verschlechterung der Kommutie rung zwischen einer Bürste und einem Stromwender kann ver mieden werden.Furthermore, the leakage flow to the adjacent tooth is as possible greatly reduced, and commutation deterioration between a brush and a commutator be avoided.

Wenn der Spalt Gp zwischen dem Permanentmagneten und dem Wendepol besteht, können die gleichen Vorgänge wie oben durchgeführt werden, indem eine Magnetpolkonstruktion vor gesehen wird, die der Bedingung Wt Wa + Gp 2Ws + Wt ge nügt. Insbesondere liegt in diesem Fall der Wendepol näher an dem magnetisch neutralen Punkt entsprechend dem Vorhan densein des Spalts Gp. Die dimensionsmäßige Beziehung ist daher unter vorheriger Berücksichtigung der Komponente des Spalts Gp vorgegeben, wodurch berücksichtigt wird, daß der zur angrenzenden Zahnseite streuende Fluß möglichst weit vermindert wird.If the gap Gp between the permanent magnet and the Wendepol exists, the same operations as above be carried out by a magnetic pole construction in front is seen that the condition Wt Wa + Gp 2Ws + Wt ge is enough. In this case, in particular, the turning pole is closer at the magnetically neutral point according to the curtain that of the gap Gp. The dimensional relationship is therefore taking into account the component of the Gaps Gp predetermined, taking into account that the flow as far as possible to the adjacent tooth side is reduced.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Gleichstrommotor angegeben mit einem zylindrischen Joch, mit einer Vielzahl Hauptpole, die jeweils an einer Innenseite des Jochs be festigt sind und einen Permanentmagneten und einen Wendepol an einer Innenfläche des Jochs in Umfangsrichtung aneinan dergrenzend aufweisen, wobei der Wendepol an einer Seite des Permanentmagneten positioniert ist, in der der Magnet fluß durch die Ankerrückwirkung erhöht wird, und mit einem Anker mit Ankereisen, der im Joch so angeordnet ist, daß er an seiner Außenumfangsfläche den Innenumfangsflächen der Permanentmagnete und der Wendepole mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen gegenübersteht; dieser Gleichstrommotor ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wendepol und der Anker so konstruiert sind, daß sie der Bedingung genügen, daß eine Innenumfangsbreite Wa jedes Wendepols gleich oder größer als eine distale Endbreite Wt jedes Zahns und gleich oder kleiner als die zweifache distale Endbreite Ws jeder Nut plus der distalen Endbreite Wt jedes Zahns ist, und der Bedingung, daß eine Innenumfangsbreite Wm des Permanentma gneten gleich oder größer als die zweifache Nutteilung Wp des Ankereisens und gleich oder kleiner als die zweifache Nutteilung Wp plus die distale Endbreite Wt jedes Zahns ist (2Wp Wm 2Wp + Wt).According to one aspect of the invention, a DC motor indicated with a cylindrical yoke, with a variety Main poles, each on an inside of the yoke are consolidated and a permanent magnet and a reversing pole against each other on an inner surface of the yoke in the circumferential direction derlimitieren, the turning pole on one side of the permanent magnet is positioned in which the magnet flow is increased by the anchor reaction, and with a Anchor with anchor iron, which is arranged in the yoke so that it on its outer peripheral surface the inner peripheral surfaces of the Permanent magnets and the reversing poles with a predetermined Faces gap between; this dc motor is characterized in that each turning pole and the Anchors are designed to meet the condition that an inner circumferential width Wa of each turning pole is equal to or greater than and equal to a distal end width Wt of each tooth or less than twice the distal end width Ws each Groove plus the distal end width Wt of each tooth, and the Condition that an inner circumferential width Wm of the permanentma equal or greater than twice the groove pitch Wp of the anchor iron and equal to or less than twice Groove pitch Wp plus the distal end width Wt of each tooth (2Wp Wm 2Wp + Wt).

Gemäß diesem Merkmal ist zusätzlich zu der dimensionsmäßi gen Beziehung der Breite des Wendepols zu den Breiten von Zahn und Nut die Innenumfangsbreite Wm des als Hauptpol wirkenden Permanentmagneten mit 2Wp Wm 2Wp + Wt in bezug auf den Nutabstand Wp und die distale Endbreite Wt des Zahns im Ankereisen vorgegeben. Mit dieser Vorgabe kann der Magnetfluß vom Permanentmagneten ausreichend durch den ge genüberliegenden Zahn geleitet werden, und der Permanent magnet kann mit dem Wendepol symmetrisch sein, so daß die Funktion des Wendepols in wirksamer Weise genützt wird. Bei Wm 2Wp ist der Magnetfluß des Permanentmagneten selbst unzureichend, während bei 3Wp < Wm die Innenumfangsbreite des Wendepols als ausreichend angesehen werden kann, so daß die vorgenannte Funktion des Wendepols vollkommen genützt wer den kann.According to this feature, in addition to the dimension relation of the latitude of the turning pole to the latitudes of Tooth and groove the inner circumferential width Wm as the main pole permanent magnets with 2Wp Wm 2Wp + Wt in relation on the groove spacing Wp and the distal end width Wt des Zahns specified in the anchor iron. With this specification, the Magnetic flux from the permanent magnet sufficient through the ge opposite tooth, and the permanent magnet can be symmetrical with the reversing pole, so that the Function of the turning pole is used in an effective manner. At Wm 2Wp is the magnetic flux of the permanent magnet itself insufficient, while at 3Wp <Wm the inside circumference of the Wendepols can be considered sufficient so that the the aforementioned function of the turning pole is fully used by anyone that can.

Eine Gleichstrommaschine mit verbessertem Betriebsverhal ten, wobei z. B. ohne Vergrößerung der Maschine ein hohes Drehmoment erzielbar ist, umfaßt gemäß einem Aspekt der Erfindung ein zylindrisches Joch, eine Vielzahl Wendepole, die jeweils an einer Jochinnenseite befestigt sind und einen Permanentmagneten und einen Wendepol umfassen, die an einer Innenfläche des Jochs in Umfangsrichtung aneinander grenzen, wobei der Wendepol an einer Seite des Permanent magneten positioniert ist, in der der Magnetfluß durch die Ankerrückwirkung erhöht wird, und einen Anker mit Anker eisen, der im Joch so angeordnet ist, daß seine Außenum fangsfläche den Innenumfangsflächen der Permanentmagnete und der Wendepole mit einem vorbestimmten Spalt dazwischen gegenübersteht; diese Maschine ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenumfangsbreite Wm des Permanentmagneten gleich oder größer als die zweifache Nutteilung Wp des Ankereisens und gleich oder kleiner als die zweifache Nut teilung Wp plus eine distale Endbreite Wt jedes Zahns ist (2Wp Wm 2Wp + Wt).A DC machine with improved operating behavior ten, z. B. a high without enlarging the machine Torque is achievable according to one aspect of Invention a cylindrical yoke, a large number of reversing poles, which are each attached to a yoke inside and include a permanent magnet and a reversing pole an inner surface of the yoke to each other in the circumferential direction limit, with the turning pole on one side of the permanent magnet is positioned in which the magnetic flux through the Anchor reaction is increased, and an anchor with anchor iron, which is arranged in the yoke so that its outer circumference starting surface the inner peripheral surfaces of the permanent magnets and the reversing pole with a predetermined gap therebetween faces; this machine is characterized by that an inner circumferential width Wm of the permanent magnet equal to or greater than twice the groove pitch Wp des Anchor iron and equal to or less than twice the groove pitch Wp plus a distal end width Wt of each tooth (2Wp Wm 2Wp + Wt).

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen näher erläutert. Es zeigen: The invention is based on exemplary embodiments play explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines Ausfüh rungsbeispiels eines Gleichstrommotors, der Permanentmagnete und Wendepole gemäß der Er findung aufweist; Fig. 1 shows a section through part of a Ausfüh approximately example of a DC motor having permanent magnets and reversing poles according to the invention;

Fig. 2 eine Abwicklung von Fig. 1; Fig. 2 is a development of Fig. 1;

Fig. 3 eine Abwicklung einer Modifikation der Aus führung von Fig. 1; Fig. 3 is a processing of a modification of the imple mentation of Fig. 1;

Fig. 4 eine Abwicklung einer weiteren Modifikation der Ausführung von Fig. 1; Fig. 4 is a handling of a further modification of the embodiment of Fig. 1;

Fig. 5 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungs beispiel des Gleichstrommotors nach der Er findung mit Permanentmagneten und Wendepolen; Figure 5 is a section through another embodiment example of the DC motor according to the invention with permanent magnets and reversing poles.

Fig. 6 einen größeren Schnitt durch einen Teil von Fig. 5 entlang der Linie VI-VI; Fig. 6 is a larger sectional view of a portion of Figure 5 along the line VI-VI.

Fig. 7 eine Abwicklung von Fig. 6; Fig. 7 is a development of Fig. 6;

Fig. 8 eine Abwicklung einer Modifikation der Aus führung nach Fig. 6; und Fig. 8 is a processing of a modification of the implementation of Fig. 6; and

Fig. 9 eine Abwicklung einer weiteren Modifikation der Ausführung nach Fig. 6. Fig. 9 is a development of a further modification of the embodiment according to Fig. 6.

Bei einer Gleichstrommaschine mit Permanentmagneten und Wendepolen ist der Aufbau zur Erhöhung des Betrags des effektiven Magnetflusses durch die Zähne des Ankers zum Zweck der Verbesserung des Betriebsverhaltens, etwa des Drehmoments, der Maschine derart, daß jeder Permanentma gnet, dessen Innenumfangsbreite gleich oder größer als zwei Nutteilungen des Eisenblechs und gleich oder kleiner als zwei Nutteilungen plus eine distale Endbreite jedes Zahns des Eisenblechs vorgegeben ist, so angeordnet, daß er über beide Seiten eines vergrößerten Feldes und eines verklei nerten Feldes der Ankerrückwirkung verläuft.In a DC machine with permanent magnets and Wendepolen is the structure for increasing the amount of effective magnetic flux through the teeth of the armature for Purpose of improving operational behavior, such as the Torque, the machine such that each permanentma gnet whose inner circumference width is equal to or greater than two Grooves of the iron sheet and equal to or less than two groove pitches plus a distal end width of each tooth of the iron sheet is predetermined, arranged so that it over both sides of an enlarged field and one smaller nert field of anchor reaction.

Wenn zwischen dem Permanentmagneten und dem Wendepol ein Spalt Gp vorhanden ist, ist der Aufbau zur Verbesserung des Betriebsverhaltens der Gleichstrommaschine derart, daß jeder Permanentmagnet, dessen Innenumfangsbreite, addiert zu einem zwischen jedem Permanentmagneten und einem ent sprechenden Wendepol definierten Spalt, gleich oder größer als zwei Nutteilungen eines Eisenblechs und gleich oder kleiner als zwei Nutteilungen plus eine distale Endbreite jedes Zahns des Eisenblechs vorgegeben ist, so befestigt ist, daß er über beide Seiten eines vergrößerten Feldes und eines verkleinerten Feldes der Ankerrückwirkung verläuft.If between the permanent magnet and the reversing pole Gp gap is present, the structure is to improve the Performance of the DC machine such that each permanent magnet, whose inner circumferential width, adds to one between each permanent magnet and one ent speaking turning pole defined gap, equal or greater as two groove divisions of an iron sheet and equal or less than two groove divisions plus a distal end width each tooth of the iron sheet is given so attached is that it extends over both sides of an enlarged field and of a reduced field of anchor reaction.

Durch die oben angegebenen Konstruktionen wird das Eisen blech effektiv von einem sich ausbildenden Magnetfluß durchflossen, wodurch das Drehmoment der Gleichstromma schine erhöht wird.Through the above constructions, the iron effectively from a magnetic flux that forms flowed through, causing the torque of the direct current machine is increased.

Insbesondere ist es bekannt, daß eine Gleichstrommaschine des Typs mit einem permanentmagnetischen Feldsystem mit Wendepolen die Magnetflüsse von den Wendepolen und von den Permanentmagneten mit gutem Wirkungsgrad und effektiv nützt, um dadurch ein hohes Drehmoment der Gleichstromma schine zu erzielen. Bei einer Gleichstrommaschine zum Lei ten eines hohen Stroms und zur Erzielung eines hohen Dreh moments, etwa einem Anlassermotor für Kraftfahrzeuge, müs sen dicke Leiter auf den Anker gewickelt werden. Natürlich nimmt die Anzahl Nuten zu, und es ist normal, daß je Nut 2-6 Spulen vorgesehen sind, während je Pol 5-9 Nuten vor handen sind. Dabei wird das Drehmoment durch Erhöhung der Gesamtanzahl Spulen und Erhöhung der Beträge des Magnet flusses gesteigert. In particular, it is known that a DC machine of the type with a permanent magnetic field system Reversing poles the magnetic fluxes from the reversing poles and from the Permanent magnets with good efficiency and effective benefits, thereby a high torque of the direct current to achieve. With a DC machine for lei high current and to achieve a high rotation moments, such as a starter motor for motor vehicles thick conductors are wound on the anchor. Naturally the number of grooves increases and it is normal for each groove 2-6 coils are provided while 5-9 slots per pole are available. The torque is increased by increasing the Total number of coils and increase in the amounts of the magnet flow increased.

Dabei wird nichts über die Beziehung zwischen der Innenum fangsbreite jedes Permanentmagneten und die Teilung der Nuten sowie die distale Endbreite jedes Zahns ausgesagt. Bei der Erfindung spielt dagegen die optimale dimensions mäßige Beziehung zum effektiven Leiten des erzeugten Ma gnetfeldes durch das Eisenblech und Erzielen eines höheren Drehmoments eine Rolle, und damit wird ein verbessertes Betriebsverhalten erzielt.Nothing about the relationship between the interior width of each permanent magnet and the division of the Grooves and the distal end width of each tooth are stated. In contrast, the optimal dimensions play in the invention moderate relationship to effectively guiding the generated m gnetfeld through the iron sheet and achieving a higher Torque plays a role, and with it an improved Operating behavior achieved.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1-4 wird ein erstes Ausfüh rungsbeispiel erläutert.Referring to FIGS. 1-4, a first exporting is described approximately, for example.

Nach den Fig. 1 und 2 umfaßt eine Gleichstrommaschine mit Wendepole aufweisenden Permanentmagneten einen Permanent magnetfeldabschnitt, der Eisenblechen 8 in einem vorbe stimmten Abstand gegenüberstehend angeordnet ist, die je weils Nuten 6 und Zähne 5 aufweisen. Der Permanentmagnet feldabschnitt ist so ausgelegt, daß die Permanentmagnete 2 und Wendepole 3a aus einem Magnetwerkstoff, dessen rever sible Permeabilität höher als die der Permanentmagnete 2 ist, in Umfangsrichtung der Innenumfangsfläche eines Jochs 1 ohne Bildung eines Spalts aneinandergrenzen, und die An zahl Nuten 6 zur Aufnahme von Spulen 7 beträgt wenigstens vier Nuten je Pol. Insbesondere sind die Permanentmagnete 2 und die Wendepole 3a an der Innenfläche des zylindrischen Jochs 1 in Umfangsrichtung aneinandergrenzend angeordnet, und ein Anker 4, in dessen Nuten 6 die Spulen 7 gewickelt sind, ist den Permanentmagneten 2 sowie den Wendepolen 3a gegenüber drehbar gelagert. Im übrigen ist der Permanent magnet 2 ein Ferritmagnet, ein Seltenerdmetallmagnet oder dergleichen, und der Wendepol 3a besteht aus einem Material wie etwa Weicheisen, dessen reversible Permeabilität höher als die des Permanentmagneten 2 ist. Ferner sind die Spulen 7 so eingesetzt, daß sie von den halbgeschlossenen Nuten 6 und den Zähnen 5, die durch Stanzen im Eisenblech 8 gebil det sind, umgeben sind. Bei der so aufgebauten Gleichstrom maschine mit Permanentmagneten und Wendepolen gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jeder Permanentmagnet 2, dessen Innenumfangsbreite größer als zwei Nutteilungen des Eisen blechs 8 und kleiner als zwei Nutteilungen plus die distale Endbreite jedes der Zähne 5 des Eisenblechs 8 vorgegeben ist, so angeordnet, daß er über die beiden Seiten des ver größerten und des verkleinerten Feldes der Ankerrückwirkung verläuft. Auf diese Weise wird das Eisenblech 8 effektiv von dem ausgebildeten Magnetfluß durchflossen, und das Drehmoment der Gleichstrommaschine wird erhöht, so daß eine Gleichstrommaschine mit Permanentmagneten und Wendepolen geschaffen wird, bei der die Beträge des die Zähne 5 des Ankers 4 durchsetzenden effektiven Magnetflusses so erhöht sind, daß ein verbessertes Betriebsverhalten erreicht wird.According to FIGS. 1 and 2, a direct-current machine having auxiliary poles having the permanent magnet comprises magnetic portion comprises a permanent, of the iron plates is arranged facing in a vorbe voted distance 8, each weils comprise grooves 6 and teeth 5. The permanent magnet field section is designed so that the permanent magnets 2 and reversing poles 3 a of a magnetic material, the reversible permeability of which is higher than that of the permanent magnets 2 , adjoin one another in the circumferential direction of the inner peripheral surface of a yoke 1 without forming a gap, and the number of grooves 6 for receiving coils 7 is at least four slots per pole. In particular, the permanent magnets 2 and the commutating poles 3a on the inner surface of the cylindrical yoke 1 in the circumferential direction are disposed adjacent to each other, and an armature 4 are wound, the coil 7 in the grooves 6, the permanent magnet 2 and the commutating poles 3 is a supported relative to rotatable. Otherwise, the permanent magnet 2 is a ferrite magnet, a rare earth magnet or the like, and the reversing pole 3 a consists of a material such as soft iron, the reversible permeability of which is higher than that of the permanent magnet 2 . Furthermore, the coils 7 are used so that they are surrounded by the semi-closed grooves 6 and the teeth 5 , which are formed by punching in the iron sheet 8 . In the thus constructed direct current machine with permanent magnets and reversing poles according to this exemplary embodiment, each permanent magnet 2 , the inner circumferential width of which is greater than two groove pitches of the iron sheet 8 and less than two groove pitches plus the distal end width of each of the teeth 5 of the iron sheet 8 , is arranged so that it runs over the two sides of the enlarged and reduced field of anchor reaction. In this way, the iron sheet 8 is effectively flowed through by the magnetic flux formed, and the torque of the DC machine is increased, so that a DC machine with permanent magnets and reversing poles is created, in which the amounts of the effective magnetic flux passing through the teeth 5 of the armature 4 are increased that an improved operating behavior is achieved.

Wenn man die Nutteilung mit Wp, die distale Endbreite jedes Zahns 5 mit Wt und die Breite jedes Permanentmagneten 2 (die Innenumfangsbreite des Permanentmagneten) mit Wm be zeichnet, erhält man also die Beziehung 2×Wp Wm 2×Wp + Wt. Durch diese Maßnahme wird eines der genannten Ziele erreicht, und die Maßnahme wird nach stehend erläutert.If one designates the groove pitch with Wp, the distal end width of each tooth 5 with Wt and the width of each permanent magnet 2 (the inner circumferential width of the permanent magnet) with Wm, one obtains the relationship 2 × Wp Wm 2 × Wp + Wt. This measure achieves one of the above objectives and the measure is explained below.

Wenn die Spulen 7 des Ankers 4 von der Rückseite zur Vor derseite des Zeichnungsblatts von Strom durchflossen sind, wird gemäß der Linke-Hand-Regel eine Ankerrückwirkung im Gegenuhrzeigersinn erzeugt, so daß das am stärksten ver ringerte Magnetfeld auf den Endteil a des Permanentmagneten 2 und das am stärksten erhöhte Magnetfeld auf den Endteil b des Wendepols 3a wirkt. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Bür ste (nicht gezeigt) sich an einem magnetisch neutralen Punkt befindet, wird das Feld der Permanentmagnetseite in bezug auf die Mitte des Feldsystems verringert, und das Feld der Wendepolseite wird vergrößert. Infolgedessen wird der Anker 4 um den Betrag des Magnetflusses des Permanent magneten 2 des verkleinerten Feldes und den Betrag des Ma gnetflusses des Wendepols 3a des vergrößerten Feldes ge dreht. Auf diese Weise wird der Betrag des Magnetflusses, der durch die Zähne 5 auf der Seite nahe dem Endteil b des Wendepols 3a geht, relativ zum Betrag des Magnetflusses, der durch die Zähne 5 auf der Seite nahe dem Endteil a des Permanentmagneten 2 geht, größer. Durch Vorgabe der Innen umfangsbreite Wm des Permanentmagneten 2 mit 2×Wp Wm 2×Wp + Wt, wie oben angegeben, kann also auf grund der maximalen Nutzung der Zähne 5 auf der Seite nahe dem Wendepol 3a der Magnetfluß effektiv vom Permanentmagne ten 2 weitergeleitet werden. Im Fall von Wm < 2Wp ist es schwierig, den Magnetfluß durch die Zähne 5 auf der Wende polseite zu leiten. Dagegen kann bei 3Wp < Wm der Effekt des Wendepols 3a nicht vollständig genützt werden.If the coils 7 of the armature 4 are traversed by current from the back to the front of the drawing sheet of current, an armature reaction is generated counterclockwise according to the left-hand rule, so that the most strongly reduced magnetic field on the end part a of the permanent magnet 2 and the most increased magnetic field acts on the end part b of the reversing pole 3 a. At this time, if a brush (not shown) is at a magnetically neutral point, the field of the permanent magnet side is reduced with respect to the center of the field system, and the field of the reversing pole side is increased. As a result, the armature 4 is rotated by the amount of magnetic flux of the permanent magnet 2 of the reduced field and the amount of magnetic flux of the turning pole 3 a of the enlarged field. In this way, the amount of magnetic flux that goes through the teeth 5 on the side near the end part b of the reversing pole 3 a, relative to the amount of the magnetic flux that goes through the teeth 5 on the side near the end part a of the permanent magnet 2 , greater. By specifying the inner circumferential width Wm of the permanent magnet 2 with 2 × Wp Wm 2 × Wp + Wt, as stated above, the magnetic flux can effectively be passed on from the permanent magnet 2 due to the maximum use of the teeth 5 on the side near the turning pole 3 a will. In the case of Wm <2Wp, it is difficult to conduct the magnetic flux through the teeth 5 on the turning pole side. In contrast, the effect of the reversing pole 3 a cannot be fully used at 3Wp <Wm.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher die Beziehung der Permanentmagnete zu den Zähnen des Ankers so bestimmt, daß die oben genannten Bedingungen erfüllt sind, da durch die Breite jedes Permanentmagneten der Betrag seines Magnet flusses effektiv genützt wird, während der feldvergrößernde Effekt des Wendepols weiterhin vollständig genützt wird. Bei einem Beispiel könnte daher das Drehmoment der Gleich strommaschine um ca. 10% erhöht werden. Infolgedessen könnte die Gleichstrommaschine kleiner und leichter gebaut und ihr Raumbedarf verringert werden.In this embodiment, therefore, the relationship is Permanent magnets to the teeth of the armature so determined that the above conditions are met, because by the Width of each permanent magnet is the amount of its magnet river is used effectively, while the field enlarging Effect of the turning pole is still fully used. In one example, therefore, the torque could be the same current machine can be increased by approx. 10%. Consequently the DC machine could be made smaller and lighter and their space requirements are reduced.

Fig. 3 zeigt eine Modifikation von Fig. 2. Dabei sind offe ne Nuten 6a vorgesehen, während die übrige Konstruktion den Fig. 1 und 2 entspricht. Auch in diesem Fall ist die Innen umfangsbreite Wm jedes Permanentmagneten 2 in bezug auf die Nutteilung Wp und die distale Endbreite Wt jedes Zahns mit 2×Wp Wm 2×Wp + Wt vorgegeben. Auf diese Weise wird das Ankereisen 8 effektiv von einem sich ausbildenden Ma gnetfluß durchflutet, und es können die gleichen funktio nellen Effekte wie im vorhergehenden Fall erreicht werden. Fig. 3 shows a modification of Fig. 2. Opene ne grooves 6 a are provided, while the rest of the construction corresponds to Figs. 1 and 2. In this case too, the inner circumferential width Wm of each permanent magnet 2 with respect to the groove pitch Wp and the distal end width Wt of each tooth is predefined as 2 × Wp Wm 2 × Wp + Wt. In this way, the anchor iron 8 is effectively flooded by a magnetic flux developing, and the same functional effects as in the previous case can be achieved.

Fig. 4 zeigt eine weitere Modifikation des Ausführungsbei spiels von Fig. 2. Dabei ist zwischen einem Wendepol 3a und einem entsprechenden Permanentmagneten 2 ein Luftspalt Gp definiert. In diesem Fall ist die Beziehung zwischen der Innenumfangsbreite Wm des Permanentmagneten 2 und einer Nutteilung Wp, der distalen Endbreite Wt eines Zahns und dem Luftspalt Gp mit 2×Wp Gp + Wm 2×Wp + Wt vorgege ben. Auf diese Weise wird das Ankereisen 8 effektiv von einem sich ausbildenden Magnetfluß durchflossen, und die gleichen funktionellen Effekte wie im vorhergehenden Fall können erreicht werden. Diese Modifikation weist zwar halb geschlossene Nuten 6 auf, sie kann aber ebensogut offene Nuten aufweisen und dann die gleichen funktionellen Effekte erzielen. Fig. 4 shows a further modification of the game Ausführungsbei of Fig. 2. Here, an air gap Gp is defined between a reversing pole 3 a and a corresponding permanent magnet 2 . In this case, the relationship between the inner circumferential width Wm of the permanent magnet 2 and a groove pitch Wp, the distal end width Wt of a tooth and the air gap Gp with 2 × Wp Gp + Wm 2 × Wp + Wt is given. In this way, anchoring iron 8 is effectively flowed through by a magnetic flux which is formed, and the same functional effects as in the previous case can be achieved. Although this modification has half-closed grooves 6 , it may as well have open grooves and then achieve the same functional effects.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5-9 wird ein zweites Ausfüh rungsbeispiel erläutert.With reference to FIGS . 5-9, a second exemplary embodiment will be explained.

Die Fig. 5 und 6 zeigen einen Anlassermotor für eine Brenn kraftmaschine als Ausführungsbeispiel einer Gleichstrom maschine mit Permanentmagneten und Wendepolen. Der Motor umfaßt ein zylindrisches Joch 1, ein Paar Endplatten 101, die an Enden des Jochs 1 befestigt sind, einen an den End platten 101 mit Zapfen 401 in Lagern 102 drehbar gelager ten Anker 4, sowie eine Vielzahl von Permanentmagneten 2, z. B. sechs, die an dem Joch 1 befestigt sind, und von Wen depolen 3. FIGS. 5 and 6 show a starter motor for an internal combustion engine as an embodiment of a DC machine with permanent magnet and commutating poles. The motor comprises a cylindrical yoke 1, a pair of end plates 101 which are attached to ends of the yoke 1, a flat at the end 101 with pins 401 in bearings 102 rotatably gelager th armature 4, and a plurality of permanent magnets 2, z. B. six, which are attached to the yoke 1 , and of depoles 3 .

Der Permanentmagnet 2 und der Wendepol 3 bilden einen Hauptpol der Gleichstrommaschine. Sie grenzen an einer In nenumfangsfläche des Jochs 1 in dessen Umfangsrichtung an einander. Der Wendepol 3 grenzt an den Permanentmagneten 2 ohne Ausbildung eines Spalts an und ist in einer Lage vor gesehen, in der das Magnetfeld durch die Ankerrückwirkung erhöht wird. Der Anker 4 hat ein Eisenblech 8, in dem eine Vielzahl von Nuten 6 (z. B. 29) gebildet ist, so daß Zähne 5 zum Leiten eines Magnetfeldes vom Hauptpol gebildet sind. Spulen 7 sind in den Nuten 6 angeordnet und um die Zähne 5 gewickelt. Der Anker weist auf einer Seite einen Stromwen der 402 auf, der mit in Bürstenhaltern 11 gehaltenen Bür sten 10 Kontakt bildet.The permanent magnet 2 and the reversing pole 3 form a main pole of the DC machine. They border on an inner circumferential surface of the yoke 1 in the circumferential direction of each other. The turning pole 3 is adjacent to the permanent magnet 2 without forming a gap and is seen in a position in which the magnetic field is increased by the armature reaction. The armature 4 has an iron sheet 8 , in which a plurality of grooves 6 (z. B. 29) is formed, so that teeth 5 are formed for guiding a magnetic field from the main pole. Coils 7 are arranged in the grooves 6 and wound around the teeth 5 . The armature has on one side a Stromwen the 402 , which forms with brush holders 11 held in brushes 10 contact.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Permanentmagnet 2 ein Ferritmagnet, ein Seltenerdmetallmagnet oder derglei chen verwendet. Der Wendepol 3 besteht aus einem Werkstoff, z. B. Weicheisen, dessen reversible Permeabilität höher als die des Permanentmagneten 2 ist. Fig. 6 zeigt zwar nur einen Pol des Hauptpols, die übrigen Quadranten sind jedoch gleich aufgebaut.In this embodiment, a ferrite magnet, a rare earth magnet or the like is used as the permanent magnet 2 . The turning pole 3 consists of a material such. B. soft iron, whose reversible permeability is higher than that of the permanent magnet 2 . Although Fig. 6 shows only one pole of the main pole, and the remaining quadrants, however, are constructed the same.

Ferner sind die Nuten 6 an der Seite des Ankers 4 halbge schlossene Nuten, die in die Eisenbleche 8 gestanzt sind, und die Spulen 7 sind so eingesetzt, daß sie von den Zähnen 5 umgeben sind.Furthermore, the grooves 6 on the side of the armature 4 semi-closed grooves which are punched into the iron sheets 8 , and the coils 7 are inserted so that they are surrounded by the teeth 5 .

In Fig. 7, die eine Abwicklung von Fig. 6 ist, bezeichnet 9 die Einbaulage der Bürste 10, die etwa an einem magnetisch neutralen Punkt liegt.In Fig. 7, which is a development of Fig. 6, 9 designates the installation position of the brush 10 , which is approximately at a magnetically neutral point.

Mit Ws ist die distale Endbreite der Nut, mit Wt die dista le Endbreite des Zahns und mit Wa die Innenumfangsbreite des Wendepols 3 bezeichnet. Ihre Beziehung ist so vorgege ben, daß sie der folgenden Bedingung genügt:
Wt Wa 2×Ws + Wt.Ws is the distal end width of the groove, Wt is the distal end width of the tooth and Wa is the inner circumferential width of the turning pole 3 . Their relationship is designed to meet the following condition:
Wt Wa 2 × Ws + Wt.

Für die Praxis brauchbare Abmessungen dieser Breiten werden später noch beispielhaft angegeben.Practical dimensions of these widths will be given later as an example.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, daß die folgende Beziehung gilt, die im vorhergehenden Ausführungs beispiel erläutert wurde, d. h. mit Wm als der Breite des Permanentmagneten 2 und Wp als der Nutteilung sind diese Dimensionen so vorgegeben, daß der folgenden Bedingung genügt ist:
2×Wp Wm 2×Wp + Wt.In this exemplary embodiment, it is preferred that the following relationship applies, which was explained in the previous embodiment, for example, with Wm as the width of the permanent magnet 2 and Wp as the groove pitch, these dimensions are predetermined such that the following condition is satisfied:
2 × Wp Wm 2 × Wp + Wt.

Anschließend wird der Betrieb des Ausführungsbeispiels erläutert.Then the operation of the embodiment explained.

Wenn man den Permanentmagneten 2 von Fig. 6 als N-Pol an nimmt, so wird, wenn Ströme durch die Spulen 7 des Ankers 4 von der Rückseite zur Vorderseite des Zeichnungsblatts fließen, die Ankerrückwirkung nach der Linke-Hand-Regel im Gegenuhrzeigersinn erzeugt, so daß der Endteil a des Per manentmagneten 2 mit dem am stärksten verringerten Feld und der Endteil b des Wendepols 3 mit dem am stärksten vergrö ßerten Feld beaufschlagt wird.If one takes the permanent magnet 2 from FIG. 6 as an N pole, then when currents flow through the coils 7 of the armature 4 from the back to the front of the drawing sheet, the armature reaction is produced according to the left-hand rule in a counterclockwise direction, so that the end part a of the permanent magnet 2 with the most reduced field and the end part b of the reversing pole 3 is acted upon with the most enlarged field.

Wenn zu diesem Zeitpunkt die Spulenströme durch die Bürsten 10 fließen, wird der Anker 4 um den Betrag des Magnetflus ses des Permanentmagneten 2 des verringerten Feldes und denjenigen des Magnetflusses des Wendepols des vergrößerten Feldes gedreht.At this time, when the coil currents flow through the brushes 10 , the armature 4 is rotated by the amount of the magnetic flux of the permanent magnet 2 of the reduced field and that of the magnetic flux of the reversing pole of the enlarged field.

Aus dieser Erläuterung ist ohne weiteres ersichtlich, daß der Betrag des durch die Zähne 5 auf einer Seite nahe dem Endteil b des Wendepols 3 gehenden Magnetflusses groß wird relativ zu dem Betrag des Magnetflusses, der durch den Zahn auf einer Seite nahe dem Endteil a des Permanentmagneten 2 geht. Insbesondere in einem Hochstrombereich nimmt der Betrag des Magnetflusses vom Wendepol zu, und die Differenz zwischen der Flußdichte des Wendepols und derjenigen der Permanentmagnetseite wird größer. Wenn, wie ebenfalls be reits gesagt wurde, die Beziehungen zwischen der Innenum fangsbreite des Wendepols und der Zahnbreite usw. auf der Ankerseite in einem solchen Fall nicht ausreichend berück sichtigt sind, wird der Bereich der Kontaktbürste durch den Streufluß nachteilig beeinflußt, was sich negativ auf die Stromwendung auswirkt. From this explanation, it is readily apparent that the amount of the magnetic flux passing through the teeth 5 on one side near the end part b of the turning pole 3 becomes large relative to the amount of the magnetic flux passing through the tooth on one side near the end part a of the permanent magnet 2 goes. Especially in a high current range, the amount of magnetic flux from the reversing pole increases, and the difference between the flux density of the reversing pole and that of the permanent magnet side becomes larger. If, as has also already been said, the relationships between the inner circumferential width of the turning pole and the tooth width etc. on the armature side are not sufficiently taken into account in such a case, the area of the contact brush is adversely affected by the leakage flux, which has a negative effect affects the electricity turn.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die vorgenannte dimen sionsmäßige Beziehung Wt Wa 2Ws + Wt vorgegeben, um das Auftreten des genannten Nachteils auszuschließen. Wenn also die dimensionsmäßige Beziehung so vorgegeben ist, kann ein ausreichender Magnetfluß vom Wendepol 3 durch den gegen überliegenden Zahn 5 gehen, indem die distale Endbreite des Zahns so effektiv wie möglich genützt wird, und eine Ver schlechterung der Kommutierung zwischen der Bürste 10 und dem Stromwender 402 kann dadurch vermieden werden, daß der Streufluß zum angrenzenden Zahn weitgehend verringert wird. Dabei ist unter der Bedingung Wa < Wt die Zahnbreite relativ zur Breite des Wendepols groß, so daß die Flußdichte des Zahns verringert wird und der Zahn nicht wirksam genützt werden kann. Unter der Bedingung Wa < 2×Ws + Wt dagegen wird die Flußdichte des Zahns 5 relativ zu derjenigen des Wendepols 3 groß, und der Magnetfluß streut zum angrenzen den Zahn (dem der Bürste nächstliegenden Zahn), wodurch die Kommutierung durch die Bürste nachteilig beeinflußt wird.In this exemplary embodiment, the aforementioned dimensional relationship Wt Wa 2Ws + Wt is predetermined in order to rule out the occurrence of the disadvantage mentioned. Thus, if the dimensional relationship is given, a sufficient magnetic flux from the reversing pole 3 can pass through the opposite tooth 5 by using the distal end width of the tooth as effectively as possible, and deterioration of the commutation between the brush 10 and the commutator 402 can be avoided by largely reducing the leakage flux to the adjacent tooth. Under the condition Wa <Wt, the tooth width is large relative to the width of the turning pole, so that the flux density of the tooth is reduced and the tooth cannot be used effectively. On the other hand, under the condition Wa <2 × Ws + Wt, the flux density of the tooth 5 becomes large relative to that of the reversing pole 3 , and the magnetic flux scatters the tooth (the tooth closest to the brush), thereby adversely affecting commutation by the brush .

Wie beschrieben, werden bei diesem Ausführungsbeispiel die Auswirkungen erzielt, daß der effektive Magnetfluß des Wendepols ausreichend groß gehalten und die Kommutierung verbessert wird. Diese Auswirkungen werden mit Hilfe von praktischen dimensionsmäßigen Beispielen erläutert.As described, the Effects achieved that the effective magnetic flux of the Wendepols kept sufficiently large and the commutation is improved. These effects are solved with the help of practical dimensional examples explained.

Als erstes Beispiel sei eine Gleichstrommaschine angegeben, deren Joch einen Außendurchmesser von 90 mm hat. Beim Stand der Technik könnte ein Anlassermotor einer Brennkraftma schine mit einer Höchstleistung von 0,85 kW hergestellt werden mit Wa=10,33 mm, Wt=5,46 mm und Ws=2,7 mm, wogegen gemäß der Erfindung eine maximale Leistung von 0,93 kW erzeugt und eine Leistungssteigerung von ca. 10% erreicht werden kann, indem man Wa=8,12 mm, Wt=5,82 mm und Ws=1,5 mm vorgibt.The first example is a DC machine, whose yoke has an outer diameter of 90 mm. At the booth the technology could be a starter motor of an internal combustion engine machine with a maximum output of 0.85 kW with Wa = 10.33 mm, Wt = 5.46 mm and Ws = 2.7 mm according to the invention a maximum power of 0.93 kW generated and achieved a performance increase of about 10% can be obtained by using Wa = 8.12 mm, Wt = 5.82 mm and Ws = 1.5 mm pretends.

Ebenso wird bei einem Beispiel, bei dem das Joch einen Außendurchmesser von 80 mm hat, beim Stand der Technik eine maximale Leistung von 0,82 kW mit Wa=9,26 mm, Wt=4,55 mm und Ws=2,7 mm erreicht, wogegen gemäß der Erfindung die maximale Leistung von 0,93 kW mit Wa=6,69 mm, Wt=4,75 mm und Ws=1,5 mm erreicht wird, so daß in diesem Fall eine Leistungssteigerung von mehr als 10% erreicht wird.Likewise, in an example in which the yoke is one Outside diameter of 80 mm has one in the prior art maximum power of 0.82 kW with Wa = 9.26 mm, Wt = 4.55 mm and Ws = 2.7 mm, whereas according to the invention the maximum power of 0.93 kW with Wa = 6.69 mm, Wt = 4.75 mm and Ws = 1.5 mm is reached, so that in this case a Performance increase of more than 10% is achieved.

Im übrigen gilt für das Verhältnis Wt/Wa beim Stand der Technik ein Wert nahe 0,5, während bei diesem Ausführungs beispiel das Verhältnis mit 0,7 oder mehr vorgegeben ist und eine Gegenfläche um 20% vergrößert wird, so daß der Durchfluß des Magnetflusses zwischen dem Wendepol und dem Zahn verbessert wird.Otherwise applies to the ratio Wt / Wa at the status of Technique a value close to 0.5, while in this execution for example, the ratio is given as 0.7 or more and a counter surface is enlarged by 20%, so that the Flow of the magnetic flux between the reversing pole and the Tooth is improved.

Ferner ist es bei diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt, daß die Beziehung zwischen der Breite Wm des Permanentmagneten 2, der Nutteilung Wp und der distalen Endbreite Wt des Zahns mit 2×Wp Wm 2×Wp + Wt vorgegeben ist, und diese Vorgabe trägt ebenfalls zur Erzielung der genannten Effekte bei. Wenn also die Innenumfangsbreite Wm des als Hauptpol dienenden Permanentmagneten wie vorstehend gesagt vorgege ben ist, kann der Magnetfluß vom Permanentmagneten 2 in ausreichender Höhe durch die gegenüberliegenden Zähne 5 geleitet werden, und ferner kann der Permanentmagnet zu dem Wendepol 3 symmetrisch gemacht werden, so daß die Funktion des Wendepols in wirksamer Weise nutzbar ist.Further, in this embodiment, it is preferable that the relationship between the width Wm of the permanent magnet 2 , the groove pitch Wp, and the distal end width Wt of the tooth is set to 2 × Wp Wm 2 × Wp + Wt, and this setting also contributes to achieving the effects mentioned. Thus, if the inner circumferential width Wm of the permanent magnet serving as the main pole is as specified above, the magnetic flux from the permanent magnet 2 can be conducted to a sufficient height through the opposite teeth 5 , and furthermore the permanent magnet can be made symmetrical to the reversing pole 3 , so that the Function of the turning pole can be used in an effective manner.

Fig. 8 ist eine Abwicklung wesentlicher Teile, die eine Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt. Dabei sind die Nuten des Eisenblechs 8 als offene Nuten 6a aus gebildet. Die offenen Nuten 6a definieren Zähne 5a entspre chend Fig. 8. Auch in diesem Fall wird ebenso wie vorher die Leistungssteigerung des Motors dadurch erreicht, daß die gleichen dimensionsmäßigen Beziehungen wie beim zweiten Ausführungsbeispiel vorgegeben sind. Fig. 8 is a development of essential parts showing a modification of the second embodiment. The grooves of the iron sheet 8 are formed as open grooves 6 a. The open grooves 6 a define teeth 5 a accordingly Fig. 8. Also in this case, as before, the performance increase of the engine is achieved in that the same dimensional relationships as in the second embodiment are specified.

Fig. 9 ist eine weitere Abwicklung wesentlicher Teile, die eine weitere Modifikation des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt. Dabei werden die gleichen halbgeschlossenen Nuten 6 wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 angewandt, und die Modifikation unterscheidet sich demgegenüber da durch, daß ein Permanentmagnet 2 und ein Wendepol 3 mit einem Spalt Gp zwischen sich aneinandergrenzen. Fig. 9 is another processing of essential parts, which shows a further modification of the second embodiment. The same semi-closed grooves 6 are used as in the embodiment of FIGS. 6 and 7, and the modification differs from that in that a permanent magnet 2 and a reversing pole 3 with a gap Gp adjoin each other.

In diesem Fall ist unter Berücksichtigung des Spalts Gp die Beziehung zwischen der Innenumfangsbreite Wa des Wendepols, der Breite Wt eines Zahns und der Breite Ws der Nut durch die Bedingung Wt Wa + Gp 2×Ws + Wt vorgegeben, und die Beziehung zwischen der Innenumfangsbreite Wm des Permanent magneten 2, der Nutteilung Wp und der distalen Endbreite Wt des Zahns ist mit 2Wp Wm + Gp 2Ws + Wt vorgegeben, wobei Gp 2Ws.In this case, considering the gap Gp, the relationship between the inner circumferential width Wa of the turning pole, the width Wt of a tooth and the width Ws of the groove is given by the condition Wt Wa + Gp 2 × Ws + Wt, and the relationship between the inner circumferential width Wm of the permanent magnet 2 , the groove pitch Wp and the distal end width Wt of the tooth is given as 2Wp Wm + Gp 2Ws + Wt, where Gp 2Ws.

Unter diesen Bedingungen können die gleichen Auswirkungen wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 erreicht werden.Under these conditions, the same effects as in the embodiment of FIGS. 6 and 7 can be achieved.

Bei jedem Ausführungsbeispiel ist es bevorzugt, daß die Breite jedes Zahns an einer Position, an der eine Spule um ihn gewickelt ist, im wesentlichen gleich oder größer ist als die Breite jeder Nut an der Position, an der die Spule eingesetzt ist.In each embodiment, it is preferred that the Width of each tooth at a position where a coil is around it is wrapped, is substantially the same or larger than the width of each slot at the position where the coil is used.

Wie oben beschrieben, sind gemäß der Erfindung die Innen umfangsbreite jedes Wendepols und die distalen Endbreiten jedes Zahns und jeder Nut eines Ankers mit einer vorbe stimmten Bedingung vorgegeben, bzw. zusätzlich zu dieser Bedingung sind die Innenumfangsbreite jedes Permanentma gneten, die Nutteilung, die distale Endbreite des Zahns usw. mit einer vorbestimmten Beziehung vorgegeben; dadurch kann die Kommutierung an den Bürsten in vorteilhafter Weise erfolgen, während gleichzeitig die Feldvergrößerungsfunk tion des Wendepols in befriedigender Weise genützt wird, und die Leistung einer Gleichstrommaschine wird gesteigert, ohne daß die Maschine dadurch größer wird.As described above, according to the invention, the inside is circumferential width of each turning pole and the distal end widths each tooth and groove of an anchor with one over agreed condition, or in addition to this The condition is the inner circumferential width of each permanentma the groove pitch, the distal end width of the tooth etc. predetermined with a predetermined relationship; thereby can commutation on the brushes in an advantageous manner take place while at the same time the field enlargement radio tion of the turning pole is used satisfactorily, and the performance of a DC machine is increased, without making the machine bigger.

Claims

1. DC machine with
a cylindrical yoke ( 1 );
a plurality of main poles, which are each attached to the inner side of the cylindrical yoke and comprise a permanent magnet ( 2 ) and a reversing pole ( 3 a) which are arranged on an inner surface of the cylindrical yoke ( 1 ) adjacent to one another in the circumferential direction, wherein the turning pole ( 3 a) consists of a magnetic material, the reversible permeability is higher than that of the permanent magnet ( 2 ), and is arranged on one side of the permanent magnet, in which the magnetic flux is increased by the armature reaction; and
an armature ( 4 ) with armature iron ( 8 ) which is arranged in the cylindrical yoke ( 1 ) so that its outer peripheral surface faces inner peripheral surfaces of the yoke with a predetermined gap therebetween; marked by
a construction that meets the condition that the inner circumferential width Wa of each turning pole ( 3 a) with a defined between the permanent magnet ( 2 ) and the turning pole ( 3 a) de defined circumferential gap Gp equal to or larger than a di stale final width Wt of each tooth ( 5 ) of the anchor iron ( 8 ) and is equal to or less than twice the distal end width Ws of each groove ( 6 ) plus the distal end width Wt of each tooth ( 5 ) (Wt Wa + Gp 2Ws + Wt).

2. DC machine according to claim 1, characterized, that if the reversing pole and the permanent magnet in Kon adjoin each other so that the circumferential gap Gp is essentially zero, the former condition (Wt Wa 2Ws + Wt) is.

3. DC machine with
a cylindrical yoke ( 1 );
a plurality of main poles, which are each attached to the inner side of the cylindrical yoke and comprise a permanent magnet ( 2 ) and a reversing pole ( 3 a) which are arranged on an inner surface of the cylindrical yoke ( 1 ) adjacent to one another in the circumferential direction, wherein the Wen depol ( 3 a) consists of a magnetic material whose reversible permeability is higher than that of the permanent magnet ( 2 ), and is arranged on one side of the permanent magnet, in which the magnetic flux is increased by the armature reaction; and
an armature ( 4 ) with armature iron ( 8 ) which is arranged in the cylindrical yoke ( 1 ) so that its outer peripheral surface faces inner peripheral surfaces of the yoke with a predetermined gap therebetween; marked by
a construction that meets the condition that the inner circumferential width Wa of each turning pole ( 3 a) with a between the permanent magnet ( 2 ) and the turning pole ( 3 a) de defined circumferential gap Gp larger than the distal end width Wt of each tooth ( 5 ) of the Anchor iron ( 8 ) and less than twice the distal end width Ws of each groove ( 6 ) plus the di stale end width Wt of each tooth ( 5 ) (Wt Wa + Gp 2Ws + Wt), and
the further condition is sufficient that the inner circumferential width Wm of each permanent magnet ( 2 ) is greater than two groove pitches 2 × Wp of the anchor iron ( 8 ) and smaller than these two groove pitches 2 × Wp plus the distal end width Wt of each tooth ( 5 ) (2Wp Wm 2Wp + Wt).

4. DC machine according to claim 1, characterized, that if the reversing pole and the permanent magnet in Kon adjoin each other so that the circumferential gap Gp is essentially zero, the former condition (Wt Wa 2Ws + Wt) is.

5. DC machine according to claim 1, characterized, that the circumferential gap is equal to or less than two times Groove pitch Ws is.

6. DC machine according to claim 1, characterized in that the width of each tooth ( 5 ) in a position in which a coil is wound around it is equal to or greater than the width of each groove ( 6 ) in the position in which the Coil is inserted.

7. DC machine with
a cylindrical yoke ( 1 );
a plurality of main poles, which are each fixed to an inner side of the yoke ( 1 ) and comprise a permanent magnet ( 2 ) and a reversing pole ( 3 ) which adjoin one another in circumferential direction on an inner surface of the yoke, each reversing pole ( 3 ) consists of a magnetic material, the reversible permeability is higher than that of the permanent magnet ( 2 ), and is on one side of each permanent magnet, in which the magnetic flux is increased by the armature reaction;
an armature ( 4 ) with an armature coil ( 7 ) and an armature iron ( 8 ), in which a plurality of grooves ( 6 ) for the armature coil ( 7 ) are formed, define the teeth ( 5 ), the armature in the yoke so is arranged that distal ends of the teeth ( 5 ) inside of the reversing poles ( 3 ) and the permanent magnets ( 2 ) are opposite with a predetermined gap; and
Brushes ( 10 ) provided on one side of the armature ( 4 ), which are in contact with a commutator ( 402 ), characterized in that
that an inner circumferential width Wm of each permanent magnet ( 2 ) is equal to or larger than the double groove pitch Wp of each anchor iron ( 8 ) and equal to or smaller than the double groove pitch Wp plus the distal end width Wt of each tooth ( 5 ).

8. DC machine according to claim 7, characterized in that the width of each tooth ( 5 ) at a position at which a coil ( 7 ) is wound around it is equal to or greater than the width of each groove ( 6 ) at the position, where the coil is inserted.

9. DC machine with
a cylindrical yoke ( 1 );
a plurality of main poles, which are each fastened to an inner side of the yoke ( 1 ) and comprise a permanent magnet ( 2 ) and a reversing pole ( 3 ) which adjoin one another in the circumferential direction on an inner surface of the yoke, wherein between each permanent magnet ( 2 ) and each turning pole ( 3 ) has a circumferential gap and each wen depol consists of a magnetic material whose reversible permeability is higher than that of the permanent magnet and is positioned on one side of each permanent magnet in which the magnetic flux is increased by the armature reaction;
an armature ( 4 ) with an armature coil ( 7 ) and armature iron ( 8 ) each with a plurality of grooves ( 6 ) for the coil ( 7 ) and teeth ( 5 ) defined thereby, the armature being arranged in the yoke in such a way that distal ends of the teeth face inside of the reversing poles and the permanent magnets with a predetermined gap; and
brushes ( 10 ) provided on one side of the armature ( 4 ) in contact with a commutator ( 402 ), characterized in that
that an inner circumferential width Wm of each permanent magnet ( 2 ) plus the circumferential gap is equal to or greater than the double groove pitch Wp of each anchor iron ( 8 ) and equal to or less than the double groove pitch Wp plus the distal end width Wt of each tooth ( 5 ).

10. DC machine according to claim 9, characterized, that the width of each tooth is in a position at one Coil around it is equal to or larger than that Width of each slot is at the position where the coil is is set.